از کاهش وزن کلاهک تا تغییر پیشرانه؛ راهکارهای مهندسی برای افزایش برد موشک‌های بالستیک

به گزارش ایده روز آنلاین، به نقل از فارس، در فیزیک پرواز و مهندسی پرتابه‌های بالستیک، افزایش برد صرفاً یک معادله ساده اضافه کردن سوخت نیست. موشک بالستیک مانند یک منجنیق غول‌پیکر عمل می‌کند؛ موتور پرقدرت تنها در دقایق نخست روشن است(انرژی اولیه) تا پرتابه را با سرعت و زاویه‌ای مشخص به خارج از جو پرتاب کند. 

پس از خاموشی موتور، کلاهک مانند یک پرتابه آزاد، مدار بیضوی را طی می‌کند تا به زمین بازگردد. بنابراین، برد بیشتر یعنی دستیابی به سرعت نهایی بالاتر در لحظه خاموشی موتور؛ فرمولی که در علم هوافضا وابسته به وزن سازه، میزان سوخت و راندمان موتور است.

نخستین و سریع‌ترین راهکار برای افزایش مسافت پیمایش، تغییر در جرم محموله یا سرجنگی است. در محاسبات مکانیک پرواز، هرچه جرم بار خروجی کمتر باشد، همان پیشرانه می‌تواند سازه را به شتاب و سرعت ثانویه بالاتری برساند. 

مهندسان به دو شیوه با این متغیر بازی می‌کنند: روش اول، جایگزینی فلزات سنگین کلاهک با آلیاژهای مدرن آلومینیوم، تیتانیوم و لایه‌های کامپوزیتی فیبر کربن است تا وزن بدنه کلاهک کم شود بدون اینکه از حجم مواد منفجره کاسته شود.

روش دوم، کاهش مستقیم وزن مواد ناریه است که انرژی جنبشی بیشتری به سیستم می‌بخشد اما در نقطه مقابل، قدرت تخریب را کاهش می‌دهد. 

علاوه بر این، استفاده از فرم‌های آیرودینامیکی باریک با ضریب پَسار پایین، اصطکاک هوا را هنگام شیرجه نهایی کاهش داده و به پایداری انرژی جنبشی تا نقطه برخورد کمک می‌کند.

در زمینه تاکتیکی متعارف هم می‌شود با افزایش تعداد پرتابه‌ها، مشکل کاهش سرجنگی را حل کرد.

دومین متغیر بنیادین، مخازن و ساختار شیمیایی سوخت است. اما چالش اینجاست که افزایش سوخت به معنی سنگین‌تر شدن پرتابه در پای پرتاب است. این مسله از طریق کاهش ضخامت و وزن خود مخازن حل می‌شود؛ یعنی استفاده از آلیاژهای فوق‌سبک آلومینیوم-لیتیوم با اتصالات پیشرفته، به‌گونه‌ای که مخازن نازک‌تر شوند اما فشار عظیم ناشی از سوخت و شتاب پرتاب را تحمل کنند. در این حالت، فضای مرده سازه کاهش یافته و نسبت سوخت به وزن کل بالا می‌رود.

در بخش پیشرانه، تنها حجم سوخت تعیین‌کننده نیست و کیفیت احتراق یا تکانه ویژه موتور اهمیت اساسی دارد. با بهینه‌سازی فرم هندسی نازل و استفاده از توربوپمپ‌های پرسرعت برای تزریق پیشران با فشار فوق‌العاده بالا به محفظه احتراق، گازها با سرعتی بالاتر از سرعت صوت تخلیه می‌شوند. هرچه خروجی گاز پرسرعت‌تر و احتراق کامل‌تر باشد، انرژی بیشتری به ازای هر کیلوگرم سوخت آزاد می‌شود و برد پرتابه ارتقا می‌یابد.

سازوکار  دیگر برای بهینه‌سازی برد، جدایش کلاهک است(رویه ای رایج در ساز و کارهای موشکی کشورهای پیشرو) و حمل مخازن خالی و موتورهای سنگین پس از اتمام سوخت، مصرف بیهوده انرژی حرکتی است. با انفجار ریزپیچ‌های انفجاری و شلیک بوسترهای جدایش، بدنه مصرف‌شده رها می‌شود و تنها کلاهک جنگی به حرکت بالستیک خود ادامه می‌دهد. 

برخی سرهای جنگی پیشرفته حتی به موتورهای هدایت پذیر در خلأ مجهز هستند تا در فاز خارج از جو، با ایجاد رانش‌های کوچک، جهت و خط سیر بالستیک را بهینه‌سازی کنند تا کلاهک بیشترین فاصله ممکن را بدون افت دقت طی کند.

در مجموع پلتفرم های طراحی شده برای عملیات در یک برد مشخص، با بهینه سازی و ارتقای سازه و سیستم‌ها، بدون نیاز به طراحی موشک جدید قابلیت افزایش برد دارند و این مسله پیچیدگی فنی چندانی برای کشورهای پیشرو در صنعت موشک‌سازی ندارد.

۵۸۵۸